冻融循环对黄土状盐渍土强度影响的机理研究

盐渍土经冻融后水热重分布并伴随盐结晶、膨胀和消溶使建筑物受到盐胀、冻胀融沉作用而大大降低了其强度和稳定性，给盐渍土地区的基础设施带来严重危害，且给社会造成了巨大经济损失。冻融循环作用对盐渍土的影响可以从土力学性质和微观结构的变化等方面考察。借鉴国内外盐渍土研究的基础上，拟选兰州黄土为研究对象，添加对冻融过程水热变化影响显著的硫酸钠盐，进行黄土状盐渍土的冻融循环试验和直剪试验，分析不同冻融循环次数对土体粘聚力和内摩擦角的影响；以扫描电子显微镜图片为基础，从微观结构入手揭示冻融循环对黄土状盐渍土强度参数影响的机理；并利用数字图像处理系统进行定量化分析，获取相关参数，构建黄土状盐渍土的冻融循环次数、含盐量、强度参数与结构单元体参数之间的定量关系。本项目的开展，对阐明冻融作用对黄土状盐渍土工程性质影响的机制具有重要意义，并为盐渍化冻土区工程设计提供参数，对黄土状盐渍土地区盐害的防治奠定理论基础。

冻融循环对土体强度影响的机理是冻土物理力学研究的核心内容。本项目以兰州典型的黄土状盐渍土为研究对象，对土样洗盐处理后添加不同含量的硫酸钠盐进行系统的冻融循环试验，将冻融循环后的土样进行单轴抗压强度和抗剪强度参数试验，分析洗盐前后黄土性状的变化，洗盐使得土样盐颗粒流失和颗粒组成中粘性土颗粒增多，使土体界限含水量有不同程度的提高；并破坏了黄土本身的钙质胶结和多孔架空结构，土体的结构强化；得到土体抗剪强度参数及物理力学性质随冻融循环次数和含盐量的变化规律，试验表明常温下未经冻融试件的应力应变曲线呈明显的脆性破坏，而经冻融的试样未出现明显的屈服阶段直到达到极限应力而进入弱塑性破坏；冻融循环是土体从一个平衡状态向另一新的动态平衡发展的过程，试件尺寸、含水量和单轴抗压强度达到稳定所需的冻融次数约为6次，随着冻融循环次数的增加，土样的粘聚力明显减小，且随着含盐量的增加，土体的粘聚力也减小，而土体的内摩擦角的变化不是很显著，但随着土体含硫酸钠盐的增加，土样的内摩擦角减小；本项目并将土体经历冻融循环后宏观上表现的强度特性通过微观结构的分析来揭示冻融循环对黄土状盐渍土强度影响的机理，采用数字图像处理系统，提取微结构参数，取其中在冻融循环中可能改变的四个参数进行研究，即孔隙的等效直径、面积、形状参数和孔隙的走向。经历冻融循环后土体中大孔隙的数量增加、面积减小、形状趋向不规则，而其方向性没有明显变化，这些微结构特征均导致颗粒间的接触降低，不利于摩擦力的发挥，故冻融循环次数对内摩擦角的影响较小；由于电分子力主要取决于矿物成分和密度，密度降低，自然导致粘聚力的降低，通过定量评价冻融循环次数、强度参数与结构单元体之间的关系，阐明了冻融循环作用对黄土状盐渍土工程性质影响的机制。为黄土状盐渍土地区工程设计提供参数，并为当地盐害的防治奠定理论基础。